JP2001239379A - 高強度超短パルスレーザー加工方法 - Google Patents

高強度超短パルスレーザー加工方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 固体状有機化合物に対して加工深さを正確に
制御できる高強度超短パルスレーザー加工方法を提供す
る。 【解決手段】 高強度超短パルスレーザー加工方法であ
って、高強度超短パルスレーザーを、吸収係数が10μ
-1以下の固体状有機化合物に対して単発で照射し、レ
ーザー光の半分が固体状有機化合物10に吸収される領
域の表面層のみが加工されることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高強度超短パルス
レーザー加工方法に係り、特に高強度のフェムト秒レー
ザーを利用した低分子有機化合物の加工方法に関する。
【0002】
【従来の技術】レーザーアブレーションの応用は、成
膜、マイクロリソグラフィー、孔明け加工、エッチング
等があるが、高強度でかつ超短パルスのレーザー(高強
度フェムト秒レーザー)が加工分野への応用として注目
され、金属のレーザーアブレーション、固体表面の改
質、透明誘電体のバルク改質、超精密加工、角膜手術や
細胞融合などの生体への応用がある(応用物理、67.
No.9(1998)、pp.1051〜1055)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、レーザ
ー加工において、アブレーションしきい値を超えると、
レーザー入力に比例して被加工部位が大きくなる。幅や
面積、又は深さが大となる。従って、所望の寸法を得る
ためには被加工物体へのレーザー入力を厳しく制御する
必要がある。
【0004】本発明は、上記状況に鑑みて、固体状有機
化合物に対して加工深さを制御できる高強度超短パルス
レーザー加工方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、〔1〕高強度超短パルスレーザー加工方
法であって、高強度超短パルスレーザーを、固体状有機
化合物に対して単発で照射し、レーザー光の半分が固体
状有機化合物に吸収される領域の表面層のみが加工され
ることを特徴とする。
【0006】〔2〕上記〔1〕記載の高強度超短パルス
レーザー加工方法において、前記固体状有機化合物は吸
収係数がレーザーの波長で10μm-1以下であることを
特徴とする。
【0007】〔3〕上記〔1〕記載の高強度超短パルス
レーザー加工方法において、前記表面層は固体状有機化
合物中でレーザー光が均一に吸収される領域であること
を特徴とする。
【0008】〔4〕上記〔1〕記載の高強度超短パルス
レーザー加工方法において、前記表面層はレーザー光の
20%以下が固体状有機化合物に吸収される領域である
ことを特徴とする。
【0009】〔5〕上記〔1〕記載の高強度超短パルス
レーザー加工方法において、前記固体状有機化合物は低
分子量化合物であることを特徴とする。
【0010】〔6〕上記〔5〕記載の高強度超短パルス
レーザー加工方法において、前記固体状有機化合物は芳
香族系固体状有機化合物であることを特徴とする。
【0011】〔7〕上記〔1〕記載の高強度超短パルス
レーザー加工方法において、前記高強度超短パルスレー
ザーは高強度フェムト秒レーザーであることをことを特
徴とする。
【0012】〔8〕上記〔1〕記載の高強度超短パルス
レーザー加工方法において、前記高強度超短パルスレー
ザーは高強度ピコ秒レーザーであることをことを特徴と
する。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。
【0014】図1は本発明の高強度超短パルスレーザー
加工システムの全体構成図である。
【0015】この図において、1はAr+ レーザー、2
はチタンサファイアレーザー(発振部)、3はNd3+
AGレーザー、4はチタンサファイアレーザー(チャー
プパルス増幅器)であり、このチタンサファイアレーザ
ー4は、パルス伸張器5、再生増幅器6、パルス圧縮器
7からなる。このパルス圧縮器7からは150フェムト
秒、780nm、3mJの高強度超短パルスレーザーが
出力され、レンズ8を介して、試料台9上の固体状有機
化合物(低分子有機化合物)10に照射される。
【0016】このように、フェムト秒レーザーはチャー
プパルス増幅による高出力チタンサファイアレーザーを
用いる。この高出力チタンサファイアレーザーを単発で
照射する。
【0017】試料としては、第1実施例として、m−M
TDATAベンゼン溶液をガラス板にキャストして作製
したアモルファス膜である。
【0018】図2は本発明の第1実施例の高強度超短パ
ルスレーザー加工方法の要部説明図、図3はその試料の
作製工程、試料及び試料の吸収スペクトルを示す図であ
り、図3(a)にその試料の作製工程、図3(b)にm
−MTDATAの構造式、図3(c)に試料の吸収スペ
クトルを示している。
【0019】アモルファス膜13は、m−MTDATA
(芳香族系固体状有機化合物)ベンゼン溶液11をガラ
ス板12にキャストして作成した。すなわち、ガラス板
12にm−MTDATAベンゼン溶液11を塗布して、
1〜2日放置した10〜20μm厚さのm−MTDAT
Aを得る。つまり、m−MTDATAベンゼン溶液11
は、アモルファス状に凝縮し、励起波長(780nm)
に吸収はなく、多光子過程により光が吸収されるため、
試料には照射光の一部〔10%以下(最大で20%以
下)〕が吸収されて励起光が均一に吸収される表面層が
エッチングに至る。
【0020】この試料に、増幅したチタンサファイアレ
ーザーパルス(中心波長780nm、FWHM=150
fs)を試料表面に単発照射し、試料表面の形状変化を
顕微鏡、触針式表面形状測定装置、AFMを用いて観測
した。
【0021】その結果、アブレーションしきい値は約1
70mJ/cm2 であった。
【0022】図4の上段の左側に180mJ/cm2
図4の上段の中央に227mJ/cm2 、図4の上段の
右側に287mJ/cm2 の条件で照射した試料表面の
光学顕微鏡像(暗視野証明)を示す。レーザー照射部分
にステップ状にエッチングされた構造がみられ、(図2
において、表面層13Aにステップエッチングが形成さ
れた)各ステップごとにしきい値が観測された。図4の
下段にはそのステップ状にエッチングされた表面層の構
造の模式図が示されている。この場合、しきい値は約1
70mJ/cm2 であった。
【0023】また、各照射光強度での表面形状を触針計
で測定した結果、図5及び図6に示すように、各ステッ
プの深さは、照射光強度に依存せずほぼ一定(1ステッ
プあたり200〜250nm)であった。図7のAFM
の測定結果より、その各ステップの荒れは数nm程度で
レーザー未照射部と同程度に平らであった。m−MTD
ATAは780nmに吸収をもたないため、表面形状の
変化は多光子過程によるものであると考えられる。
【0024】上記から低分子有機ガラス材料(m−MT
DATA)のフェムト秒レーザーアブレーションにおい
て、ステップ状の表面エッチングが観測された(780
nm励起)。そして、ステップ数は照射光強度に依存す
る。1ステップあたり約250nm、エッチングされた
部分は約10nmのオーダーで平坦であった。
【0025】更に、試料としては、第2実施例として図
8(A)に示すサビニルブルー(商品名)[正式にはt
etra−〔N−(2−ethylhexyyl)−s
ulfamoyl〕−substituted Cu−
phthalocyanine]:銅フタロシアニン環
にアルキル鎖が4本配位した銅フタロシアニン誘導体固
体もしくは、アモルファス状に凝縮する非結晶性の銅フ
タロシアニン誘導体固体約600nmを用いて、第1実
施例と同様にフェムト秒レーザーアブレーションを行っ
た。図9に示すように、この試料でも、エッチング深さ
がステップ状に変化した(しきい値以上でエッチデプス
がステップ状に変化した)。
【0026】上記したように、高強度超短パルスレーザ
ーを、レーザーの波長で吸収係数が10μm-1以下の固
体状有機化合物に対して単発で照射し、レーザー光の半
分がこの固体状有機化合物に吸収される領域の表面層の
最大20%以下(主に、最大10%以下)が加工され
る。
【0027】すなわち、レーザー光の半分が固体状有機
化合物の芳香環に吸収される100nm以上の深さが一
斉、つまり均一かつ同時に形状変化に至ろうとする結
果、図2から明らかなように、照射光強度の増加に伴い
表面層がステップ状にエッチングされる。
【0028】ここで、吸収される深さは吸収係数の逆数
〔1/10(μm-1)=100(nm-1)〕である。
【0029】更に、図1に示した再生増幅器6から出力
される250ピコ秒、780nm、3mJの超短パルス
レーザーを用いて、第1実施例と同様にピコ秒レーザー
アブレーションを行った。この場合でも、エッチング深
さがステップ状に変化した。
【0030】試料としては、膜厚が約300nmの銅フ
タロシアニン膜〔図8(B)の真空蒸着膜〕〕を用い
て、第1実施例と同様にピコ秒レーザーアブレーション
を行った。銅フタロシアニン膜は粒径が100nm以下
の微結晶の集合体である(AFMにより実測されてい
る)。
【0031】この場合でも、エッチング深さがステップ
状に変化した。
【0032】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
【0033】
【発明の効果】以上、詳細に述べたように、本発明によ
れば、以下のような効果を奏することができる。
【0034】(A)固体状有機化合物に対して加工深さ
を制御できる高強度超短パルスレーザー加工方法を得る
ことができる。
【0035】(B)高強度超短パルスレーザーのショッ
ト毎の照射光強度により略一定の深さのエッチングを行
うことがでる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の高強度超短パルスレーザー加工システ
ムの全体構成図である。
【図2】本発明の第1実施例の高強度超短パルスレーザ
ー加工方法の要部説明図である。
【図3】本発明の第1実施例の試料の作製工程、試料及
び試料の吸収スペクトルを示す図である。
【図4】本発明の第1実施例のステップ状の表面エッチ
ング状態を示す図である。
【図5】本発明の第1実施例の高強度超短パルスレーザ
ーのステップによるエッチング深さを示す図である。
【図6】本発明の第1実施例の高強度超短パルスレーザ
ーの照射光強度とエッチング深さを示す図である。
【図7】本発明の第1実施例のエッチングされた領域の
AFMの測定結果を示す図である。
【図8】本発明の第2実施例の試料としてのサビニルブ
ルー(A)と銅フタロシアニン(B)の化学式を示す図
である。
【図9】本発明の第2実施例の高強度超短パルスレーザ
ーの照射光強度とエッチング深さを示す図である。
【符号の説明】
1 Ar+ レーザー 2 チタンサファイアレーザー(発振部) 3 Nd3+YAGレーザー 4 チタンサファイアレーザー(チャープパルス増幅
器) 5 パルス伸張器 6 再生増幅器 7 パルス圧縮器 8 レンズ 9 試料台 10 固体状有機化合物 11 m−MTDATAベンゼン溶液 12 ガラス板 13 アモルファス膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4E068 AF01 CA03 DB07 5F072 AB20 KK30 PP10

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】高強度超短パルスレーザーを、固体状有機
    化合物に対して単発で照射し、レーザー光の半分が固体
    状有機化合物に吸収される領域の表面層のみが加工され
    ることを特徴とする高強度超短パルスレーザー加工方
    法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の高強度超短パルスレーザ
    ー加工方法において、前記固体状有機化合物は吸収係数
    がレーザーの波長で10μm-1以下であることを特徴と
    する高強度超短パルスレーザー加工方法。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の高強度超短パルスレーザ
    ー加工方法において、前記表面層は固体状有機化合物中
    でレーザー光が均一に吸収される領域であることを特徴
    とする高強度超短パルスレーザー加工方法。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の高強度超短パルスレーザ
    ー加工方法において、前記表面層はレーザー光の20%
    以下が固体状有機化合物に吸収される領域であることを
    特徴とする高強度超短パルスレーザー加工方法。
  5. 【請求項5】 請求項1記載の高強度超短パルスレーザ
    ー加工方法において、前記固体状有機化合物は低分子量
    化合物であることを特徴とする高強度超短パルスレーザ
    ー加工方法。
  6. 【請求項6】 請求項5記載の高強度超短パルスレーザ
    ー加工方法において、前記固体状有機化合物は芳香族系
    固体状有機化合物であることを特徴とする高強度超短パ
    ルスレーザー加工方法。
  7. 【請求項7】 請求項1記載の高強度超短パルスレーザ
    ー加工方法において、前記高強度超短パルスレーザーは
    高強度フェムト秒レーザーであることをことを特徴とす
    る高強度超短パルスレーザー加工方法。
  8. 【請求項8】 請求項1記載の高強度超短パルスレーザ
    ー加工方法において、前記高強度超短パルスレーザーは
    高強度ピコ秒レーザーであることをことを特徴とする高
    強度超短パルスレーザー加工方法。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005514211A (ja) * 2002-01-18 2005-05-19 カール ツアイス メディテック アクチエンゲゼルシャフト 材料及び組織の精密加工用フェムト秒レーザーシステム
JP2005262284A (ja) * 2004-03-19 2005-09-29 Toppan Printing Co Ltd 超短パルスレーザーによる材料加工方法
JP2006510886A (ja) * 2002-12-19 2006-03-30 カール ツァイス イエナ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング 試料の光学的検査および/または光学的加工のための方法および配置
JP2006088199A (ja) * 2004-09-24 2006-04-06 Aisin Seiki Co Ltd レーザ誘起改質加工装置及び方法
JP2011029435A (ja) * 2009-07-27 2011-02-10 Institute Of Physical & Chemical Research レーザー同期方法、レーザーシステム及びポンプ・プローブ測定システム

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005514211A (ja) * 2002-01-18 2005-05-19 カール ツアイス メディテック アクチエンゲゼルシャフト 材料及び組織の精密加工用フェムト秒レーザーシステム
US8585686B2 (en) 2002-01-18 2013-11-19 Carl Zeiss Meditec Ag Femtosecond laser system for the exact manipulation of material and tissues
US10123906B2 (en) 2002-01-18 2018-11-13 Carl Zeiss Meditec Ag Femtosescond laser system for the exact manipulation of material and tissues
JP2006510886A (ja) * 2002-12-19 2006-03-30 カール ツァイス イエナ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング 試料の光学的検査および/または光学的加工のための方法および配置
JP2005262284A (ja) * 2004-03-19 2005-09-29 Toppan Printing Co Ltd 超短パルスレーザーによる材料加工方法
JP4534543B2 (ja) * 2004-03-19 2010-09-01 凸版印刷株式会社 超短パルスレーザーによる材料加工方法
JP2006088199A (ja) * 2004-09-24 2006-04-06 Aisin Seiki Co Ltd レーザ誘起改質加工装置及び方法
JP4649927B2 (ja) * 2004-09-24 2011-03-16 アイシン精機株式会社 レーザ誘起改質加工装置及び方法
JP2011029435A (ja) * 2009-07-27 2011-02-10 Institute Of Physical & Chemical Research レーザー同期方法、レーザーシステム及びポンプ・プローブ測定システム

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